用TS 算法实现三波片型PSG 的偏振态快速转换

设计了一种三波片型偏振态发生器(PSG),分析PSG 的结构特点,导出了Stokes 参量的变换关系。基于禁忌搜索(Tabu Search,TS)算法原理,提出了一种既能实现偏振态的快速变换又能降低晶体两端电压的控制算法。仿真结果表明,采用该控制算法,PSG 能够将输入的线偏光转换为任意偏振光,绝对精度可达0.07%。如果把Stokes 参量S2 和S3限定在Poincare 球的特定区域内,通过该控制算法可产生所需的偏振态并保证控制电压大小在120 V 以内。最后,通过实验验证该算法能够满足单光束连续变量相干光通信编码的需要。     

一种相位延迟型偏振控制器的误差分析与研究

文章研究了45°-0°-45°相位延迟型偏振控制器的控制算法,对相位延迟量引入的误差进行了分析,并通过仿真得到输出偏振态的方位角误差和椭率角误差与延迟量误差之间的关系.结果表明,延迟量误差对该偏振控制器输出偏振态的椭率角误差的影响小于对方位角误差的影响.还分析了入射光波长误差导致的延迟量误差对输出偏振态精度的影响,仿真结果表明,45°-0°-45°相位延迟型偏振控制器是对波长敏感的.     

方位角控制型偏振控制器的分析与研究

文章研究了λ/4波片-λ/2波片-λ/4波片(QHQ)型方位角控制偏振控制器的控制算法,通过仿真实验验证了该算法的遍历性.分析研究了QHQ型偏振控制器的波片方位角误差和输入波长误差对偏振态转化精度的影响,并进行了仿真.误差分析结果对研究偏振控制器的误差补偿以及提高偏振控制器的精度具有指导意义.     

基于FPGA的分布式光纤传感系统偏振控制研究

为了消除基于双马赫-曾德尔干涉的分布式光纤传感系统中偏振退化和偏振相位漂移对定位性能的影响,提出了一种结构简单、效率高的基于现场可编程门阵列(FPGA)的偏振控制方法。该方法采用偏振控制器反馈技术,以两路光信号的反馈值作为控制函数,结合改进的和声搜索(IHS)算法,利用FPGA硬件并行结构和流水线技术快速实现算法迭代并控制偏振控制器调整偏振态。实验结果表明,该方法能够在短时间内调整系统偏振态,偏振控制时间约为0.7808s,系统的定位精度提高到±20m以内,有效地消除了偏振效应对定位性能的影响;另外以FPGA代替计算机作为系统的控制核心,提升了数据处理速度,缩短了偏振控制时间,提高了系统集成度从而有利于实现偏振控制仪器的小型化。     

相干光检测系统中的偏振控制

相干光检测可以提高光通信系统的接收灵敏度,改善系统的性能;但大气的退偏效应使光信号通过大气传输后偏振状态随机变化,难以实现两束光偏振态一致的要求,直接影响该系统的检测效率。文中讨论了相干光通信系统偏振控制的新方法,在此基础上建立了偏振控制数学模型。选择挤压光纤偏振控制器作为该方案的偏振控制器件,选择模拟退火算法为该系统控制算法,并利用改进后的模拟退火算法实现偏振态的自动控制,整个控制过程采用盲搜索,没有具体参量的变化。仿真结果表明:该方法适合相干光通信,达到了偏振控制的目的。     

基于偏振锁相的非线偏-线偏光转换技术研究

报道了一种基于偏振锁相的自适应非线偏光-线偏光的产生方法。将激光器输出的非保偏光分成两束偏振态相互垂直的线偏光,基于偏振相干合成的原理,利用基于随机并行梯度下降算法的相位调制器将两个偏振态的光束的相位差锁相到mπ,合成输出的光束即为高消光比的线偏光。理论上,建立了该方法的数学模型,并分析了各种因素对输出消光比和转换效率的影响。实验上,利用空间结构的光路,搭建了相应的实验系统,实现了非线偏激光到线偏振光的自适应偏振转换,获得输出激光偏振度为93.5%,转换效率为88%的线偏振激光输出。     

双Mach-Zehnder光纤干涉仪中的模拟退火偏振控制算法

基于双Mach-Zehnder光纤干涉仪的分布式光纤油气管道安全检测及预警系统运行时,由于光纤等效双折射和输入偏振态扰动的影响,常出现相位偏移而导致用于报警定位的两路检测信号相关性下降而产生定位误差。本文提出基于双臂检测信号相关系数的模拟退火算法对输入偏振态进行实时控制,在系统信号相关性恶化时,通过反馈控制改变输入偏振态以恢复信号的良好相关性。现场实验表明,基于双臂检测信号相关系数的模拟退火偏振控制算法,可快速寻找到偏振态最优点,使检测信号维持良好的相关性;相较采用偏振控制之前,系统的工作稳定性得到了明显提高。     

光纤干涉系统光学湍流测量原理及其偏振噪声问题的分析

光纤干涉仪具有测量精度高、探测灵敏度大等优点,可用于直接测量大气湍流折射率起伏.首先简要介绍了光纤Mach-Zehnder干涉仪的光学湍流测量原理,描述了低双折射单模光纤中光束偏振态变化诱导的偏振信号衰落现象,并通过偏振态的邦加球分析和详细的公式推导,得出了干涉仪可见度和相移噪声的关系式.结果表明:控制输入光偏振态与干涉仪本征向量之间的夹角在零度左右,可有效地抑制偏振噪声,最后给出了偏振控制器实现偏振控制的原理,为构建稳定的光学湍流测量光纤干涉系统提供了科学依据.     

基于Stokes参量法测量矢量光束偏振态的方法

矢量光束的偏振态检测是矢量光束研究的关键技术。论文研究了基于Stokes参量法测量矢量光束偏振态的方法,介绍了该方法的基本原理和实现过程。基于猫眼腔激光器和马赫-曾德干涉仪生成了4种不同偏振态分布的轴对称线偏振矢量光束,并用Stokes参量法计算了生成光束的四个Stokes参量,以及光束每个像素点上的椭圆取向角和椭圆率角,得到了生成光束的偏振纯度。实验结果证明了Stokes参量法可有效实现矢量光束的偏振态检测。     

电光调制器自适应偏振控制系统设计与实现

为了保持电光调制器(EOM)输入光偏振方向始终与其内部可传播模式偏振方向一致,使EOM获得良好的调制效果,提出了一种基于比例-积分-微分(PID)算法的EOM自适应偏振控制方法,理论分析并实验验证了该方法的可行性。实验结果表明,基于该方法设计的控制系统不仅能实时监测EOM输出光功率,而且能保持其输出光功率最大;与激光器和EOM输入端直接用保偏光纤连接时相比,PID偏振控制下EOM输出平均功率提高了3.08 dB,PD输出电压标准差由0.121 4降至1.237 510-4,稳定控制状态下偏振态矫正时间在ms量级。     

优化算法在偏振模色散自适应补偿技术中的应用

介绍了10Gb/s的光纤通信系统中,优化算法在偏振模色散(PMD)自适应补偿技术中的应用。偏振模色散在线监测技术建立在偏振度(DOP)的基础上,偏振度随着微分群时延(DGD)的增加而减小。为了使用DOP做为PMD的监测反馈信号,需要在传输线路中模拟DGD的状态,为此设计了一个PMD仿真器。在光纤输入复用器端使用一个偏振控制器(PC)来调整光信号的偏振态,在光纤输出复用器端使用一个起偏器。随后信号到达控制计算机,优化程序运行,寻找全局最优点并通过PC来控制PMD。对现代非线性优化算法进行了讨论,比较了它们在PMD自适应补偿技术中的优缺点。在实验过程中选择遗传算法,取得良好效果。在很短时间内一阶二阶PMD能达到最大补偿效果,其动态补偿时间不超过10ms。     

基于S波片和双延迟器的矢量光场偏振调控方法

基于S波片和双延迟器的偏振特性,提出了一种矢量光场的生成及偏振调控方法,该方法能够将标量高斯光束转换为偏振态分布可调谐的矢量光束。结合Stokes-Mueller矩阵算法,建立了矢量光场偏振调控的数学模型,并仿真计算出标量高斯光束经过S波片和双延迟器（包括双1/4波片和双1/2波片两种情况）后的偏振态空间分布。讨论了双延迟器相对旋转时光场偏振分布的演化规律及机理,实验结果与数值仿真结果相互吻合,表明该方法可以实现对标量相干光场的复杂偏振调控,验证了理论分析的正确性和该方法的可行性。     

基于两次衰减全反射结构的激光偏振控制器

为了实现激光偏振态的控制和提高两偏振态消光比,用由各向异性材料加工而成的耦合棱镜并采用两次衰减全反射方法,使具有相同入射角的TE和TM偏振态的共振激发条件不同,即当TE偏振态满足共振激发条件能量耦合进波导时,TM偏振态却不满足共振激发条件而被反射来实现其在空间上的分离.同时将电光系数较大、光学性能和热稳定性好的聚合物材料作为波导层,利用其电光效应来改变共振条件来实现输出光束偏振态的调谐.结果表明,反射型结构插入损耗小于0.2dB,器件的消光比高达27dB,驱动电压为19V.该方案预计在光信息存储、光路由、光开光以及图像处理等光学系统里有着极其广泛的应用.     

光寻址液晶空间光调制器用于激光光束整形的可控系统和设计算法

提出了一种利用光寻址液晶空间光调制器(LC-SLM)来实现实时可控的激光光束整形的系统和算法.用几何变换法和盖师贝格-撒克斯通(G-S)算法对有振幅调制和位相畸变光束进行均匀分布的平顶光束整形及数值模拟,用几何变换法可以得到非常好的小尺度的均匀性输出光束,而G-S算法能够有效地改善入射光束的大尺度不均匀性.为了减少输出光束的均方根误差和顶部不均匀度,提出结合几何变换方法和G-S算法,由几何变换方法得到的相位分布为G-S算法的初始相位分布.计算机设计的仿真结果表明:利用这种算法可以有效减少大尺度的不均匀度值,并得到合适的输出光束.     

基于双环混合偏振矢量光束实现光学囚笼实时操纵的理论研究

理论上提出了一种通过调节双环混合偏振矢量光束的偏振态来实现光学囚笼实时操纵的新方法。双环混合偏振矢量光束是由双环径向光束通过一个波片后形成的,光束偏振将变为包含线偏振、圆偏振和椭圆偏振的混合状态,且偏振态强烈依赖于空间位置和相位延迟角度。利用衍射积分公式数值模拟了双环混合偏振矢量光束经过强聚焦系统后在焦点附近的强度分布。数值结果显示当相位延迟角度为0时能形成光学囚笼,当相位延迟角度不为0时能控制光学囚笼打开的程度。将液晶可调相位延迟器(LCVR)作为可调波片,LCVR可以由外部电压实时控制使其相位延迟角度能在0～π之间连续取值,这样就可以通过调节LCVR的外接电压实现焦平面光学囚笼的实时开和关。     

Evolutionary algorithm based feedforward control for contouring of a biaxial piezo-actuated stage

The main objective of this paper is to establish a precision contouring control of a biaxial piezoelectric-actuated stage. The positioning accuracy of the piezoelectric-actuated stage is limited due to the hysteretic nonlinearity of the piezoelectric actuators (PEA). To compensate this hysteresis problem, a feedforward controller based on an evolution algorithm is proposed. The dynamics of the hysteresis is formulated by the Bouc–Wen model and the evolutionary algorithms (EAs) are studied to identify the optimal parameters of the Bouc–Wen model. To verify the consistency, two micro-contouring tasks are implemented by the proposed feedforward controller with the feedback of linear optical scales in DSP based real-time control architecture.     

光纤Mach-Zehnder干涉仪系统的研究

介绍了光纤Mach-Zehnder(MZ)干涉仪系统的结构,阐述了该系统中信号光与参考光的干涉原理以及影响干涉光强的因素,分析了光纤耦合器的交叉耦合和PZT的作用,描述了光纤偏振控制器的结构、工作原理及其对光纤Mach-Zehnder干涉仪系统传感臂偏振态的控制,最后介绍了光纤Mach-Zehnder干涉仪系统的应用。     

基于光学零差偏振探测和锁相的合束激光偏振控制

激光偏振合束是提升窄线宽光纤激光亮度的重要技术,能实现多路激光的共孔径合束输出,同时维持较高的光束质量和线偏振态。文中探索和研究了基于线性锁相技术的合束激光偏振控制系统,详细分析和建立了光零差偏振检测物理模型和线性锁相控制环路的数学模型。利用高精度的光零差技术对合束激光的偏振相位进行检测,并通过快速实时反馈进行激光锁相,获得了输出功率为279 mW的线偏振态激光。锁相控制后,合束激光的偏振消光比达到19.3 dB,控制带宽高达39.6 kHz,剩余相位噪声为710-4 rad/Hz（1 Hz）和310-4 rad/Hz。当提高激光输出总功率达1 W时,偏振消光比维持在~15 dB,其限制因素在于光功率波动引入的相位噪声和光斑空间模式不匹配。